特許 5862472 エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5862472

(24)【登録日】2016年1月8日

(45)【発行日】2016年2月16日

(54)【発明の名称】エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20160202BHJP

   C23C 16/30 20060101ALI20160202BHJP

   H01L 33/30 20100101ALI20160202BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/30

   H01L33/00 184

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-135734(P2012-135734)

(22)【出願日】2012年6月15日

(65)【公開番号】特開2014-3061(P2014-3061A)

(43)【公開日】2014年1月9日

【審査請求日】2014年6月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100131048

【弁理士】

【氏名又は名称】張川 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100095751

【弁理士】

【氏名又は名称】菅原 正倫

(72)【発明者】

【氏名】篠原 政幸

【審査官】 小川 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−０２３５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０３６１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１２１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３３５７１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／３０

Ｈ０１Ｌ ３３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に、エピタキシャル成長によってｎ型層と、該ｎ型層上にｐ型層とを形成し、該エピタキシャル成長の際に、前記ｎ型層および前記ｐ型層形成時に窒素ドープ用ガスを、前記ｐ型層形成時にｐ型ドーパントドープ用ガスを導入するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記ｎ型層および前記ｐ型層としてピーク発光波長が５８５±１０ｎｍのＧａＡｓＰまたはＧａＰを形成し、
前記ｐ型層として、キャリア濃度が２〜５×１０^１７ｃｍ^―３であって、かつ厚さが１０〜２０μｍである第１ｐ型層を形成し、前記第１ｐ型層の形成後にキャリア濃度が１．０×１０^１９ｃｍ^―３の第２ｐ型層を形成することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。

【請求項2】

基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、
前記ｎ型層および前記ｐ型層はピーク発光波長が５８５±１０ｎｍのＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、
前記ｐ型層は第１ｐ型層と該第１ｐ型層上に該第１ｐ型層よりキャリア濃度の高い第２ｐ型層とを有し、
前記第１ｐ型層は、キャリア濃度が２〜５×１０^１７ｃｍ^―３であって、かつ厚さが１０〜２０μｍであり、
前記第２ｐ型層は、キャリア濃度が１．０×１０^１９ｃｍ^―３であることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エピタキシャルウェーハ及びその製造方法に関し、具体的には、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと言う）用の半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

化合物半導体が光半導体素子材料として多く利用されている。そして、この半導体材料としては、単結晶基板上に所望の半導体結晶の層をエピタキシャル成長したものを用いている。これは、現在入手可能なもので基板として用いられる結晶は、欠陥が多く、純度も低いため、そのまま発光素子として使用することが困難なためである。そのため、基板上に所望の発光波長を得るための組成の層をエピタキシャル成長させている。主としてこのエピタキシャル成長層は、３元混晶層が用いられている。そしてエピタキシャル成長は、通常、気相成長ないし液相成長法が使用されている。気相成長法では、石英製のリアクター内にグラファイト製、または石英製のホルダーを配置して基板を保持し、原料ガスを流し加熱する方法によってエピタキシャル成長を行っている。

【0003】

ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、可視光、赤外の波長に相当するバンドギャップを有するため、発光素子への応用がなされている。その中でも、ＧａＡｓＰ、ＧａＰは特にＬＥＤ材料として広く用いられている。

【0004】

ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘを例にとって説明すると、ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜１）は伝導電子を捕獲するアイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）をドープすることにより、ＬＥＤとしての光出力を１０倍程度向上させることができる。そのため、通常、ＧａＰ基板上に成長したＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜１）には窒素をドープする。

【0005】

このようなＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘは、一般的に気相成長法によって製造される。この気相成長法では、反応器中に原料ガスを流し、ｎ型のＧａＰ基板上にｎ型エピタキシャル層を成長させる。この場合、基板とエピタキシャル層の格子定数の違いによる格子歪が発生しないように、組成を段階的に変化させた組成変化ＧａＡｓＰ層を中間層として設けて一定組成ＧａＡｓＰ層、アイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）をドープした一定組成ＮドープＧａＡｓＰ層を順次形成する。その後の加工工程で熱拡散により高濃度に亜鉛を拡散させて、エピタキシャル層表面に４〜１０μｍ程度のｐ型層を形成する。

【0006】

近年では、より高輝度・長寿命のＬＥＤの要求が強くなってきている。ｐｎ接合部界面では、ドーパントの種類及び濃度が異なり、ミスフィット転位等の欠陥が発生するため、この欠陥がウェーハをＬＥＤとしたときに発光輝度を下げる要因になっており、また、時間の経過と共に発光輝度が低下してしまっていた。この問題点を解消するために、例えば特許文献１では、ｐ型層を、平均キャリア濃度が０．０５〜２．２×１０^１８ｃｍ^−３の第１ｐ型層と、平均キャリア濃度が０．５〜４．５×１０^１８ｃｍ^―３でかつ第１ｐ型層の平均キャリア濃度の２倍以上の第２ｐ型層とで構成している。この特許文献１の実施例によれば、室温にて電流密度２４０Ａ／ｃｍ^２で１６８時間通電後の光出力の残光率が８７％であるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００１−３６１３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、この種のＬＥＤの発光輝度や残光率はｐ型層のキャリア濃度だけでなく厚さによっても変わってくると考えられる。この点、特許文献１の発明では、ｐ型層（第１ｐ型層、第２ｐ型層）のキャリア濃度の好適範囲は示されているものの、厚さとの関係の知見はない。そのため、たとえ好適範囲内のキャリア濃度を採用したとしても、発光輝度や残光率が思ったほど向上できない場合がある。

【0009】

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、結晶性が良好であり、また発光輝度を向上させるとともに、長寿命のエピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明者らは、発光強度が低下することや、寿命が短くなる原因について鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者らは、ｐ型層を形成する際に、ｐｎ接合に近い層のキャリア濃度及び厚さによる影響を調査し、本発明を完成させた。すなわち、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、基板上に、エピタキシャル成長によってｎ型層と、該ｎ型層上にｐ型層とを形成し、該エピタキシャル成長の際に、前記ｎ型層および前記ｐ型層形成時に窒素ドープ用ガスを、前記ｐ型層形成時にｐ型ドーパントドープ用ガスを導入するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記ｎ型層および前記ｐ型層としてピーク発光波長が５８５±１０ｎｍのＧａＡｓＰまたはＧａＰを形成し、
前記ｐ型層として、キャリア濃度が２〜５×１０^１７ｃｍ^―３であって、かつ厚さが１０〜２０μｍである第１ｐ型層を形成し、前記第１ｐ型層の形成後にキャリア濃度が１．０×１０^１９ｃｍ^―３の第２ｐ型層を形成することを特徴とする。

【0011】

本発明者が鋭意検討を重ねた結果、第１ｐ型層のキャリア濃度が２〜５×１０^１７ｃｍ^−３で、かつ第１ｐ型層の厚さが１０〜２０μｍであれば、発光輝度や残光率を向上できることを見出した。このように、第１ｐ型層をキャリア濃度が２〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3であり、かつ厚さが１０〜２０μｍであるように形成することにより、格子定数の違いに起因する結晶欠陥がｐ型層に導入されることを抑制することができ、よってｐ型層の結晶性を良好なものとすることができると同時に電流の拡散性を良好にすることができる。よって、本発明で製造されたエピタキシャルウェーハを用いれば、発光輝度が向上し、また長時間の発光による発光輝度の低下を抑制する、つまり長寿命のＬＥＤとすることができる。

【0012】

本発明のエピタキシャルウェーハは、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、
前記ｎ型層および前記ｐ型層はピーク発光波長が５８５±１０ｎｍのＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、
前記ｐ型層は第１ｐ型層と該第１ｐ型層上に該第１ｐ型層よりキャリア濃度の高い第２ｐ型層とを有し、
前記第１ｐ型層は、キャリア濃度が２〜５×１０^１７ｃｍ^―３であって、かつ厚さが１０〜２０μｍであり、
前記第２ｐ型層は、キャリア濃度が１．０×１０^１９ｃｍ^―３であることを特徴とする。

【0013】

これによって、本発明の製造方法と同様の効果、すなわち発光輝度が向上し、また長時間の発光による発光輝度の低下を抑制して、長寿命のＬＥＤとすることができるという効果が得られる。

【0014】

なお、本発明のエピタキシャルウェーハ及びその製造方法のいずれにおいて、第１ｐ型層のキャリア濃度が２〜３×１０^１７ｃｍ^―３であって、かつ厚さが１３〜１７μｍとすることができる。また、第２ｐ型層のキャリア濃度は、第１ｐ型層のキャリア濃度の１０〜１００倍、好ましくは２０〜５０倍とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によって作製されるエピタキシャルウェーハ１０の断面概略図の一例である。

【図2】気相成長装置２０１の一例を示した図である。

【図3】第１ｐ型層のキャリア濃度及び厚さを変えたときの、各キャリア濃度ごとに厚さと残光率の関係をプロットしたグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によって作製されるエピタキシャルウェーハ１０の断面概略図の一例である。図１において、エピタキシャルウェーハ１０は、ｎ型単結晶基板１１と該単結晶基板１１上にエピタキシャル成長されたバッファ層１２ａ、組成変化層１２ｂ、組成一定層１２ｃ、窒素ドープ層１２ｄからなるｎ型層１２、また該ｎ型層１２より上に形成されたｐ型層１３とを有している。

【0017】

単結晶基板１１の種類は特に制限されるものではないが本実施形態ではＧａＰ基板を採用している。なお、単結晶基板１１としてＧａＡｓ基板を採用しても良い。

【0018】

その単結晶基板１１の上に形成されるｎ型層１２とｐ型層１３は、ＧａＡｓＰまたはＧａＰからなる。具体的には、ｎ型層１２の最下層となるバッファ層１２ａは、単結晶基板１１と同一結晶、つまりＧａＰからなる。そのバッファ層１２ａは特に形成しなくても良いが、ミスフィット転位の発生を抑制して安定な高輝度を得るためには、バッファ層１２ａを形成するのが好ましい。

【0019】

組成変化層１２ｂは、単結晶基板１１からの距離に応じて組成が変化する層である。具体的には、組成変化層１２ｂは、例えばｎ型のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０．４５＜ｘ＜１）の層であり、単結晶基板１１から遠ざかるにつれて混晶率ｘが１から低下するように構成することができる。その混晶率ｘは０．４５＜ｘ＜１の間で変化させるのが好ましい。基板１１と組成一定層１２ｃの格子定数の差が大きいため、この組成変化層１２ｂを形成することでより結晶欠陥の少ない組成一定層１２ｃを得ることができる。

【0020】

組成一定層１２ｃは例えばｎ型のＧａＡｓ_１−ｘ０Ｐ_ｘ０の層であり、その組成（混晶率ｘ０）が一定の層とされる。組成一定層１２ｃがＧａＡｓ_１−ｘ０Ｐ_ｘ０である場合、混晶率ｘ０として、ＬＥＤの発光波長に対応する値が選択される。

【0021】

窒素ドープ層１２ｄは、組成一定層１２ｃと同一組成の層（例えばｎ−ＧａＡｓ_１−ｘ０Ｐ_ｘ０の層）であり、アイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）がドープされた層である。間接遷移型のバンドギャップを持つＧａＡｓＰに窒素をドープすることで、ＬＥＤの光出力を向上させることができる。また、窒素ドープ層１２ｄの表面がｐｎ接合を形成している。

【0022】

ｐ型層１３は、窒素ドープ層１２ｄ上に形成された第１ｐ型層１３ａと、第１ｐ型層１３ａ上に形成された第２ｐ型層１３ｂとを有している。本発明ではそのｐ型層１３（特に第１ｐ型層１３ａ）に特徴がある。ｐ型層１３（第１ｐ型層１３ａ、第２ｐ型層１３ｂ）は例えばｐ型のＧａＡｓＰの層とされる。第１ｐ型層１３ａは、窒素ドープ層１２ｄとの間でｐｎ接合を形成している。そのため、第１ｐ型層１３ａはＬＥＤの発光（発光輝度、残光率）に寄与する。例えば、第１ｐ型層１３ａのキャリア濃度が高すぎる場合には、発光領域からｎ型層１２にかけてｐ型キャリアが流れ込み易くなり、その結果、ｐｎ接合が壊されて発光輝度や残光率が低下すると考えられる。反対に、第１ｐ型層１３ａのキャリア濃度が低すぎる場合には電流が流れにくくなることから発熱量が大きくなり、その結果、ｐｎ接合が壊されて発光輝度や残光率が低下すると考えられる。

【0023】

また例えば、第１ｐ型層１３ａの厚さが薄すぎる場合には、第２ｐ型層１３ｂからのキャリア拡散の影響をｐｎ接合近傍で受けやすくなるため、キャリアの流れ込みによりｐｎ接合が壊されて発光輝度や残光率が低下すると考えられる。反対に、第１ｐ型層１３ａの厚さが厚すぎる場合には、第１ｐ型層１３ａが光の吸収層として作用してくるため、発光効率が低下してくると考えられる。

【0024】

このように、ＬＥＤの発光輝度や残光率を向上するためには、第１ｐ型層１３ａのキャリア濃度及び厚さの双方を最適な値にする必要があり、具体的には、第１ｐ型層１３ａはキャリア濃度が２〜５×１０^１７ｃｍ^−３であって、かつ厚さが１０〜２０μｍに形成されている。これによって、ｐｎ接合を構成する相手側の層（窒素ドープ層１２ｄ）との間のドーパントの種類及び濃度の違いによるミスフィット転位等の欠陥を抑制できる。つまり、ｐ型層１３（第１ｐ型層１３ａ）の結晶性を従来より良好にでき、よって発光輝度を従来より強くすることができる。また、長時間の発光による発光輝度の低下を抑制する、つまり長寿命のＬＥＤとすることができるエピタキシャルウェーハ１０となる。

【0025】

第２ｐ型層１３ｂは、第１ｐ型層１３ａよりもキャリア濃度が高い層とされる。これによって、電流の拡散性を良好にでき、発光輝度を向上させることができる。また、第２ｐ型層１３ｂに電極を直接形成する場合にはその電極との間で良好なオーミック接触を得られやすくできる。

【0026】

次に、図１のエピタキシャルウェーハ１０の製造方法を図２を参照して説明する。なお、図２は気相成長装置２０１の一例を示した図である。まずＧａＰの単結晶基板１１および高純度ガリウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボート２０８付きのエピタキシャル・リアクター２０４内の所定の場所に、それぞれ設置する。次に、窒素（Ｎ_２）ガスを該リアクター２０４内に導入し、空気を十分置換除去した後、キャリヤ・ガスとして高純度水素（Ｈ_２）を導入し、Ｎ_２の流れを止め昇温工程に入る。そして上記Ｇａ入り石英ボート２０８設置部分および単結晶基板１１の設置部分の温度が、所定の温度に一定に保持されていることを確認した後に、単結晶基板１１と同組成のバッファ層１２ａの気相成長を開始する。

【0027】

最初、ｎ型ドーパントドープ用ガスをリアクター２０４内に導入し、周期律表第ＩＩＩ族元素成分原料としてのＧａＣｌを生成させるために、高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート２０８中のＧａ溜２０９に吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出させる。他方、周期律表第Ｖ族元素成分として、高純度りん化水素ガス（ＰＨ_３）を導入しつつ、第１層であるバッファ層１２ａを単結晶基板１１上に成長させる。

【0028】

次に、ＨＣｌの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス（ＡｓＨ_３）の導入を開始し、また同時にｎ型ドーパントドープ用ガスおよびＰＨ_３の導入量を減少させて、第２層となるｎ型層−組成変化層１２ｂ（ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層）をバッファ層１２ａ上に成長させる。

【0029】

次に、ＨＣｌ、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３の導入量を変えることなく、ｎ型ドーパントドープ用ガスの導入量を徐々に減少させて、第３層となるｎ型層−組成一定層１２ｃ（ＧａＡｓ_１−ｘ０Ｐ_ｘ０エピタキシャル層）を組成変化層１２ｂ上に成長させる。

【0030】

次に、ＨＣｌ、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３の導入量を変えることなく、これに窒素アイソ・エレクトロニック・トラップ添加用として窒素ドープ用ガスを導入して、また同時にｎ型ドーパントドープ用ガスの導入をやめてから、第４層となるｎ型層−窒素ドープ層１２ｄを組成一定層１２ｃ上に成長させる。ここで、窒素ドープ用ガスとしては、通常アンモニア（ＮＨ_３）が用いられる。このように、高純度の原料が得られ、扱い易いアンモニアを窒素ドーパントガスとして用いることによって、高純度のエピタキシャルウェーハをより容易に得ることができる。

【0031】

そして、次にＨＣｌ、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３ガスの導入量を変えることなく、ｐ型ドーパントをドープするためにｐ型ドーパントドープ用ガスを導入し、また窒素ドープ用ガスの導入量を該層の成長途中で減少させながら、第５層となる第１ｐ型層１３ａを窒素ドープ層１２ｄ上に成長させる。第１ｐ型層１３ａは、キャリア濃度を２〜５×１０^１７ｃｍ^−３の範囲で制御し、厚さを１０〜２０μｍの範囲で成長させるようにする。ここで、ｐ型ドーパントドープ用ガスを、ジメチル亜鉛とすることができる。このように、高純度の原料が得られるジメチル亜鉛をｐ型ドーパントガスとして用いることによって、より高純度のエピタキシャルウェーハを得ることができる。

【0032】

最後に、ＨＣｌ、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３の量を変えることなく、ｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を増加させ、かつ窒素ドープ用ガスの導入を該層の成長が終了するまでにやめて、第６のｐ型のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層（第２ｐ型層１３ｂ）を第５のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させ、気相成長を終了する。これによって、エピタキシャルウェーハ１０を得ることができる。

【0033】

このように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、ｐｎ接合部の結晶性を良好なものとすることができ、電流拡散も良好とすることができる。そのため、発光輝度を従来より強くすることができ、また長時間の発光による発光輝度の低下を抑制することができる。

【実施例】

【0034】

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。

【0035】

（実施例１）
ＧａＰ基板および高純度ガリウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボート付きのエピタキシャル・リアクター内の所定の場所に、それぞれ設置した。ＧａＰ基板はテルル（Ｔｅ）が３〜１０×１０^１７／ｃｍ^３添加され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）面から〔０１１〕方向に１０°偏位した面をもつＧａＰ基板を用い、これらを同時にサセプター上に配置した。次に、窒素（Ｎ_２）ガスを該リアクター内に２０分間導入し、空気を十分置換除去した後、キャリヤ・ガスとして高純度水素（Ｈ_２）を６５００ｓｃｃｍ導入し、Ｎ２の流れを止め昇温工程に入った。上記Ｇａ入り石英ボート設置部分およびＧａＰ単結晶基板設置部分の温度が、それぞれ８００℃および９３０℃一定に保持されていることを確認した後、ピーク発光波長５８５±１０ｎｍのＧａＡｓ_１−ｘ０Ｐ_ｘ０エピタキシャル膜の気相成長を開始した。

【0036】

最初、濃度５０ｐｐｍに水素ガスで希釈したｎ型不純物となる硫黄を導入するための硫化水素ガス（Ｈ_２Ｓ）を３２８ｓｃｃｍ導入した。また周期律表第ＩＩＩ族元素成分原料としてのＧａＣｌを１１８ｓｃｃｍ生成させるため、高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート中のＧａ溜に１１８ｓｃｃｍ吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出させた。他方、周期律表第Ｖ族元素成分として、高純度りん化水素ガス（ＰＨ_３）を４９ｓｃｃｍ導入しながら、４５分間にわたり第１層となるＧａＰバッファ層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。

【0037】

次に、ＨＣｌの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス（ＡｓＨ_３）の導入を開始し、導入量を４．７ｓｃｃｍまで徐々に増加させ、また同時にＨ_２Ｓの導入量を１９１ｓｃｃｍに、ＰＨ_３の導入量を４７ｓｃｃｍに減少させながら、４２分間にわたり第２層となるＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層（ｎ型層−組成変化層）を第１のＧａＰバッファ層上に成長させた。

【0038】

次に、ＨＣｌ、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３の導入量を変えることなく、Ｈ_２Ｓの導入量を１９１ｓｃｃｍから６５ｓｃｃｍまで徐々に減少させながら、３２分間にわたり第３層となるＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層（ｎ型層−組成一定層）を第２のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させた。

【0039】

次の３０分間は、ＨＣｌ、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３の導入量を変えることなく、これに窒素アイソ・エレクトロニック・トラップ添加用として１６１ｓｃｃｍまで導入量を漸増させて高純度アンモニアガス（ＮＨ_３）を窒素ドープ用ガスとして導入して、また同時にＨ２Ｓガスの導入を０ｓｃｃｍにして、第４層となるＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層（ｎ型層−窒素ドープ層）を第３のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させた。このときの窒素ドープ量は３×１０^１８／ｃｍ^３であった。

【0040】

そして、次の１００分間はＨＣｌ、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３の導入量を変えることなく、Ｈ_２ガスによって０．４％に希釈したＤＭＺｎガスをｐ型ドーパントドープ用ガスとして１．７ｓｃｃｍ導入して、またＮＨ_３ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させながら、第５層となるｐ型のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層（第１ｐ型層）を第４のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させた。

【0041】

そして、最後の３０分間はＨＣｌ、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３の導入量を変えることなく、ＤＭＺｎガスの導入量を２００ｓｃｃｍに徐々に増加させながら、第６層となるｐ型のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層（第２ｐ型層）を第５のＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘエピタキシャル層上に成長させ、気相成長を終了し、エピタキシャルウェーハを作製した。

【0042】

作製したエピタキシャルウェーハの第１ｐ型層、第２ｐ型層のキャリア濃度、膜厚はそれぞれ２.０×１０^１７／ｃｍ^３、１５μｍ、１.０×１０^１９／ｃｍ^３、４μｍであった。また窒素濃度は第１ｐ型層が３．０×１０^１８／ｃｍ^３〜０／ｃｍ^３、第２ｐ型層が０／ｃｍ^３であった。

【0043】

このように作製したエピタキシャルウェーハの発光輝度および発光時間に対する発光輝度の残光率（発光開始時の発光輝度を１としたときの発光輝度の割合）を評価するため、以下のような手順の評価を行った。

【0044】

作製したエピタキシャルウェーハを取り出し、裏面ラップを行った。その後、ウェーハ裏面にｎ型電極を形成し、表面のエピ層にｐ型電極を形成した。そして、３００μｍピッチでＣｈｉｐサイズにカットした。その後、ウェーハの外周側から５ｍｍ付近（オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）及びＯＦ部の反対側の部分（反ＯＦ部））と、ウェーハ中心部の３箇所から２個ずつ計６個Ｃｈｉｐを取り出した。取り出したＣｈｉｐからＬＥＤランプを作製した。その後、室温、通常湿度状態で作製したＬＥＤランプに直流電流２０ｍＡを流した時の全方位光出力（発光輝度）を積分球にて測定した。また、残光率の測定は、全方位光出力の測定が終了したＬＥＤランプに室温、通常湿度状態にて直流電流９５ｍＡを流し、３００時間経過後、直流電流２０ｍＡを流したときの全方位光出力を積分球にて測定し、先の作製直後の時の値と比較することによって行った。

【0045】

（比較例１）
実施例１において、第１ｐ型層の形成を、キャリア濃度、膜厚はそれぞれ２.０×１０^１７／ｃｍ^３、６μｍに設定した以外は実施例１と同様の条件でエピタキシャルウェーハの作製を行い、同様の評価を行った。

【0046】

発光輝度は、比較例１と実施例１とでほぼ同じであったが、６個のＣｈｉｐの平均の残光率は、比較例１が７６．８％に対し、実施例１は、９０.３％と大幅に改善できることが分かった。

【0047】

（他の実施例、比較例）
第１ｐ型層のキャリア濃度を２.０×１０^１７／ｃｍ^３に固定し、第１ｐ型層の厚さを４μｍ、６μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍに変えたときに、残光率がどのようになるかを調べた。なお、第１ｐ型層以外は実施例１と同様の条件でエピタキシャルウェーハの作製を行った。表１はその結果を示している。

【表1】

【0048】

表１で示すように、第１ｐ型層の厚さが１０μｍ、１５μｍ、２０μｍのときには８５％以上の高い残光率となる。これに対し、第１ｐ型層の厚さが４μｍ、６μｍのときには、第１ｐ型層のキャリア濃度が好適範囲内の２.０×１０^１７／ｃｍ^３であるのにもかかわらず、残光率が８０％を下回ってしまう。

【0049】

さらに、第１ｐ型層の厚さを１５μｍに固定し、第１ｐ型層のキャリア濃度を２.０×１０^１７／ｃｍ^３、５．０×１０^１７／ｃｍ^３、１０．０×１０^１７／ｃｍ^３、３０．０×１０^１７／ｃｍ^３に変えたときに、残光率がどのようになるかを調べた。なお、第１ｐ型層以外は実施例１と同様の条件でエピタキシャルウェーハの作製を行った。表２はその結果を示している。

【表2】

【0050】

表２で示すように、第１ｐ型層のキャリア能濃度が２.０×１０^１７／ｃｍ^３、５．０×１０^１７／ｃｍ^３のときには８５％以上の高い残光率となる。これに対し、第１ｐ型層のキャリア濃度は１０．０×１０^１７／ｃｍ^３、３０．０×１０^１７／ｃｍ^３のときには、第１ｐ型層の厚さが好適範囲内の１５μｍであるのにもかかわらず、残光率が８０％を下回ってしまう。

【0051】

図３は上記実験結果のグラフであり、具体的には、第１ｐ型層のキャリア濃度及び厚さを変えたときの、各キャリア濃度ごとに厚さと残光率の関係をプロットしたグラフである。なお、第１ｐ型層以外の条件は実施例１と同様である。図３に示すように、残光率が８５％を超えるときの第１ｐ型層の条件は、図３の破線で囲まれた領域５０の条件、つまりキャリア濃度が２.０×１０^１７／ｃｍ^３、５．０×１０^１７／ｃｍ^３で、かつ厚さが１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの条件である。これを一般化すると、第１ｐ型層のキャリア濃度が２〜５×１０^１７ｃｍ^―３であって、かつ厚さが１０〜２０μｍのときに、８５％を超えるような高い残光率になる。なお、表１、表２、図３の残光率は、６個のＣｈｉｐの残光率の平均値である。

【0052】

また、上記表１で示すように、厚さが１５μｍのときに特に高い残光率（表１では９０％を超えている）となることから、１０〜２０μｍの範囲の中でも特に１５μｍ付近の範囲、具体的には１３μｍ〜１７μｍとするのが好ましい。また、上記表２で示すように、第１ｐ型層のキャリア濃度が２.０×１０^１７／ｃｍ^３のときに特に高い残光率（表２では９０％を超えている）となることから、２〜５×１０^１７ｃｍ^―３の範囲の中でも特に２.０×１０^１７／ｃｍ^３付近の範囲、具体的には２.０〜３．０×１０^１７／ｃｍ^３とするのが好ましい。

【0053】

また、第１ｐ型層のキャリア濃度２〜５×１０^１７ｃｍ^―３と第２ｐ型層のキャリア濃度１.０×１０^１９／ｃｍ^３の比をとると、第２ｐ型層のキャリア濃度は第１ｐ型層のキャリア濃度の２０〜５０倍となる。よって、第２ｐ型層のキャリア濃度は第１ｐ型層のキャリア濃度よりも１０〜１００倍（２０〜５０倍を少し拡張した範囲）、好ましくは２０〜５０倍とするのが好ましい。

【0054】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。例えば、上記実施形態では、ｐ型層、ｎ型層としてＧａＡｓＰの例を説明したが、ＧａＰでｐ型層、ｎ型層を形成しても良い。

【符号の説明】

【0055】

１０ エピタキシャルウェーハ
１１ 単結晶基板
１２ ｎ型層
１２ａ バッファ層
１２ｂ 組成変化層
１２ｃ 組成一定層
１２ｄ 窒素ドープ層
１３ ｐ型層
１３ａ 第１ｐ型層
１３ｂ 第２ｐ型層

【図1】

【図2】

【図3】